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DE10240330A1 - Gas sampling unit, for the measurement of volcanic gases, has a membrane assembly and a sieve in the gas flow to the sensor, to prevent clogging by particles - Google Patents

Gas sampling unit, for the measurement of volcanic gases, has a membrane assembly and a sieve in the gas flow to the sensor, to prevent clogging by particles Download PDF

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DE10240330A1 DE2002140330 DE10240330A DE10240330A1 DE 10240330 A1 DE10240330 A1 DE 10240330A1 DE 2002140330 DE2002140330 DE 2002140330 DE 10240330 A DE10240330 A DE 10240330A DE 10240330 A1 DE10240330 A1 DE 10240330A1
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Abstract

The monitor to measure hot and corrosive gases, from a volcano, has a gas sensor with a unit (1) to take gas samples (G) within a housing (2) resistant to heat and corrosion. The housing has a gas flow passage and a gas zone (5) linked to the sensor. A membrane assembly (6) resistant to heat and corrosion, and a sieve (7) to retain fine particles, are between the gas passage and the gas zone.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung mit mindestens einer an Gassensormittel anschließbaren Gasprobenentnahmevorrichtung, die ein hitze- und korrosionsresistentes Gehäuse, einen Gasdurchlass in dem Gehäuse und einen mit den Gassensormitteln kommunizierenden Gasraum hat.The invention relates to a measuring device at least one gas sampling device that can be connected to gas sensor means, which has a heat and corrosion resistant housing, a gas passage in the housing and has a gas space communicating with the gas sensor means.

Beispielsweise zur Überwachung von Vulkanaktivitäten besteht ein Bedarf zur kontinuierlichen Messung und Auswertung von Parametern entnommener Vulkangase, wie beispielsweise der Kohlendioxidgehalt, Radongehalt, Schwefeldioxidgehalt, die Gastemperatur, der Gasdruck etc..For example, for monitoring of volcanic activity there is a need for continuous measurement and evaluation of Parameters of volcanic gases extracted, such as the carbon dioxide content, Radon content, sulfur dioxide content, gas temperature, gas pressure Etc..

Herkömmliche Gasmessgeräte, wie zum Beispiel Gaschromatographen, Massenspektrometer etc. sind für den Einsatz im Messfeld auf Grund ihrer Größe, des Energiebedarfs und der sonstigen Versorgungsmedien, wie zum Beispiel Trägergas, nur bedingt einsetzbar. Dabei besteht noch das Problem der relativ niedrigen Messraten. Auch einsetzbar. Dabei besteht noch das Problem der relativ niedrigen Messraten. Auch sind keine Gasmesssensoren verfügbar, die den an der Messstelle vorherrschenden Umweltbedingungen standhalten. Die Gasprobenentnahmestellen befinden sich zumeist in großer Höhe, wobei die Sensoren an der Messstelle einem korrosiven Regen und variablen Temperaturen ausgesetzt sind. Zudem können die zu messenden Gase aggressiv sein, insbesondere Gase der Fumarolen von Vulkanen.Conventional gas measuring devices, such as for example gas chromatographs, mass spectrometers etc. are for use in the measuring field due to its size, the Energy requirements and other supply media, such as Carrier gas, can only be used to a limited extent. There is still the problem of relative low measuring rates. Can also be used. The problem is still there the relatively low measurement rates. Also, there are no gas measuring sensors available, that withstand the environmental conditions prevailing at the measuring point. The gas sampling points are usually at high altitudes, whereby the sensors at the measuring point a corrosive rain and variable Exposed to temperatures. In addition, the gases to be measured can be aggressive be, especially fumarole gases from volcanoes.

In Francis P., Maciejewski A., Oppenheimer C. und Chaffin C. (1996) New methods make volcanology research less hazarodous. EOS, Transaction on the Geophysical Union 77, 41. 193, 396 – 397 sowie in De Natale P., Gianfrani L. und De Natale G. (2001) Optical methods for monitoring of volcanoes: techniques and new perspectives. Jornal of Volcanology and Geothermal Research 109 1-3. 235-245 sind optische Verfahren zur Spektralmessung von Komponenten wie Schwefeldioxid (SO2) und Chlorwasserstoff (HCL) in den Gasproben bestimmt. Hierzu wird mindestens eine Infrarot-Lichtquelle und mindestens ein Spektrometer so positioniert, dass das Spektrum des durch einen Gasstrom dringenden Infrarot-Lichtstrahls bestimmt werden kann. Die optischen Verfahren erfordern eine freie Sicht, die oftmals durch starke Bewölkung oder durch Dunst eingeschränkt ist. Zu dem sind die verfügbaren Geräte relativ groß und schwer und verbrauchen relativ viel Energie.In Francis P., Maciejewski A., Oppenheimer C. and Chaffin C. (1996) New methods make volcanology research less hazarodous. EOS, Transaction on the Geophysical Union 77, 41, 193, 396 - 397 and in De Natale P., Gianfrani L. and De Natale G. (2001) Optical methods for monitoring of volcanoes: techniques and new perspectives. Jornal of Volcanology and Geothermal Research 109 1-3. 235-245 are optical methods for spectral measurement of components such as sulfur dioxide (SO 2 ) and hydrogen chloride (HCL) in the gas samples. For this purpose, at least one infrared light source and at least one spectrometer are positioned so that the spectrum of the infrared light beam penetrating a gas stream can be determined. The optical methods require a clear view, which is often restricted by heavy cloud cover or by haze. In addition, the devices available are relatively large and heavy and consume a relatively large amount of energy.

In Toutain J.-P., Baubron J.-P., Le Bronec J., Allard P., Briole P., Marty B., Miele G., Tedesco D. und Luongo G. (1992) Continuous monitoring of distal gas emanations at Vulcano, southern Italy. Bull Volcanol 147 – 155 und in Shimoike Y. und Notsu K. (2000) Continuous chemical monitoring of volcanic gas in Izu-Oshima volcano, Japan. Journal of Volcanology and Geothermal Research 101, 211 – 221 sind chemische Überwachungsverfahren beschrieben, bei denen die Gasbestandteile von Wasser analysiert werden, das aus einem Wasserbrunnen oder aus einer Bohrung am Rande von Vulkanen austritt. Die Umweltbelastung an diesen Messstellen ist geringer als an den Messstellen der Fumarolen im Bereich der Vulkankrater. Zudem sind die Wasserentnahmestellen leichter zugänglich als ein Vulkankrater.In Toutain J.-P., Baubron J.-P., Le Bronec J., Allard P., Briole P., Marty B., Miele G., Tedesco D. and Luongo G. (1992) Continuous monitoring of distal gas emanations at Vulcano, southern Italy. Bull Volcanol 147-155 and in Shimoike Y. and Notsu K. (2000) Continuous chemical monitoring of volcanic gas in Izu-Oshima volcano, japan. Journal of Volcanology and Geothermal Research 101, 211-221 are chemical monitoring methods described in which the gas components of water are analyzed, that from a water well or from a hole on the edge of Volcanoes emerges. The environmental impact at these measuring points is less than at the measuring points of the fumaroles in the area of the volcanic craters. In addition, the water points are more accessible than a volcanic crater.

Obwohl ein Zusammenhang zwischen der Gaszusammensetzung in dem analysierten Wassergemisch und den Fumarolengasen besteht, ermöglicht die chemische Überwachung keine direkte Messung der Fumarolengase.Although there is a connection between the gas composition in the analyzed water mixture and the Fumarole gases exists chemical surveillance no direct measurement of the fumarole gases.

In Zimmer M. und Erzinger J. (1998) Geochemical Monitoring on Merapi Volcano, Indonesia. Mitteilung Deutsche Geophysikalische Gesellschaft e. V., DGG Special Issue III/98 ISSN-Nr. 0947-1944.89-92 und Zimmer M., Erzinger J. und Sulistiyo Y. (2000) Continous Chromatographic Gas Measurements on Merapi Volcano, Indonesia. Mitteilungen Deutsche Geopysikalische Gesellschaft e. V., DGG Special Volume IV/2000. ISSN-Nr. 0947-1944, 87 – 91 ist die Messung von Fumarolengasen mit Hilfe von gaschromatographischen Geräten beschrieben, wobei die Gasproben über Schlauchleitungen und Wasserfallen zur Reduzierung des Wasserdampfgehalts der entnommenen Gasproben zu Gassensormitteln geleitet werden. Die Gassensormittel werden mit Solarenergie versorgt, wobei die kontinuierliche Energieversorgung durch einen Akkumulator sichergestellt wird. Die Messdaten werden über eine Funkschnittstelle bestehend aus einem Modem und einem Mobilfunkgerät an eine entfernte Auswertezentrale übermittelt. Die Messeinrichtung kann über die Funkschnittstelle von der Auswertezentrale ferngesteuert werden. Die Messrate ist nachteilig auf Grund der verwendeten Gaschromatografen und Radon-Alpha-Szintillometer als Gassensormittel relativ gering. So werden die Konzentration von Wasser H2O, Stickstoff CO2, Schwefeldioxid SO2 und Schwefelwasserstoff H2S alle 35 Minuten und die Radon-Konzentrationen und die Fumarole-Temperatur alle 70 Minuten gemessen.In Zimmer M. and Erzinger J. (1998) Geochemical Monitoring on Merapi Volcano, Indonesia. Communication from the German Geophysical Society V., DGG Special Issue III / 98 ISSN no. 0947-1944.89-92 and Zimmer M., Erzinger J. and Sulistiyo Y. (2000) Continous Chromatographic Gas Measurements on Merapi Volcano, Indonesia. Notices German Geopysical Society e. V., DGG Special Volume IV / 2000. ISSN no. 0947-1944, 87-91 describes the measurement of fumarole gases with the aid of gas chromatographic devices, the gas samples being conducted via hose lines and water traps to reduce the water vapor content of the gas samples taken to gas sensor means. The gas sensor means are supplied with solar energy, the continuous energy supply being ensured by an accumulator. The measurement data are transmitted to a remote evaluation center via a radio interface consisting of a modem and a mobile radio device. The measuring device can be remotely controlled from the evaluation center via the radio interface. The measurement rate is disadvantageously relatively low due to the gas chromatograph and radon-alpha scintillometer used as the gas sensor means. The concentration of water H 2 O, nitrogen CO 2 , sulfur dioxide SO 2 and hydrogen sulfide H 2 S are measured every 35 minutes and the radon concentrations and the fumarole temperature are measured every 70 minutes.

In Faber E., Inguaggiato S., Garzón-Valencia G. und Seidl D. (1998) Continuous Gas Measurements at Volcanic Fumaroles. Mitteilungen Deutsche Geophysikalische Gesellschaft e. V. DGG Special Volume III/1998. ISSN-Nr. 0947-1944, 83 – 87 ist eine ähnliche Messeinrichtung beschrieben, bei der Gasprobenentnahmesonden in Fumarolen eines Vulkans eingebracht sind. Die Gasprobenentnahmesonden sind hohle Stahllanzen mit Gasdurchtrittsöffnungen, an die eine Edelstahl-Schlauchleitung angeschlossen ist. Die Edelstahl-Schlauchleitung wird an mindestens ein Extraktionsmittel in Form einer Wasserfalle zur Reduzierung des Wasserdampfgehalts der entnomme nen Gasprobe geführt und über eine Teflon-Schlauchleitung und Polyethylen-Schlauchleitung und einer Gaspumpe zu Gassensoren wie Massenspektrometern, Radon-Messgeräten, Gaschromatographen und Mulitsensoren zur Detektierung der Konzentration verschiedener Gaskomponenten geleitet. Die Messdaten werden über eine Funkübertragungsmittel telemetrisch an eine entfernt von der Messstelle angeordnete Auswerteeinheit übersandt. Mit Hilfe der Funkübertragungsmittel ist auch eine Fernsteuerung der Gassensormittel und Gasprobenpumpe durch die Auswerteeinheit möglich.In Faber E., Inguaggiato S., Garzón-Valencia G. and Seidl D. (1998) Continuous Gas Measurements at Volcanic Fumaroles. Notices German Geophysical Society e. V. DGG Special Volume III / 1998. ISSN no. 0947-1944, 83 - 87 describes a similar measuring device in which gas sampling probes are inserted into fumaroles of a volcano. The gas sampling probes are hollow steel lances with gas passage openings to which a stainless steel hose line is connected. The stainless steel hose line is led to at least one extractant in the form of a water trap to reduce the water vapor content of the gas sample taken and via a Teflon hose line and polyethylene hose line device and a gas pump to gas sensors such as mass spectrometers, radon measuring devices, gas chromatographs and multi-sensors for detecting the concentration of various gas components. The measurement data are transmitted telemetrically via a radio transmission means to an evaluation unit arranged remotely from the measurement point. With the aid of the radio transmission means, remote control of the gas sensor means and gas sample pump by the evaluation unit is also possible.

Das Problem bei den beschriebenen herkömmlichen Gasmessverfahren besteht darin, dass die Gasprobenentnahmevorrichtungen extremen Witterungseinflüssen durch Korrosion und hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Zu dem führt insbesondere der hohe Schwefelgehalt in den entnommenen Gasproben dazu, dass die Schlauchleitungen verstopfen und die Gassensoren zerstört werden.The problem with the described usual Gas measurement method is that the gas sampling devices extreme weather conditions exposed to corrosion and high temperatures. This leads in particular the high sulfur content in the gas samples taken means that the hose lines become blocked and the gas sensors are destroyed.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine verbesserte Messeinrichtung für Gasproben zu schaffen, mit der eine zuverlässige Überwachung von Konzentration verschiedener Bestandteile in den Gasproben mit hohen Messraten auch bei extremen Umweltbedingungen möglich ist.The object of the invention was therefore to to create an improved measuring device for gas samples with of reliable monitoring of Concentration of various components in the gas samples with high Measurement rates are possible even in extreme environmental conditions.

Die Aufgabe wird mit der gattungsgemäßen Messeinrichtung erfindungsgemäß gelöst durch eine hitze- und korrosionsresistente Membrananordnung, die zwischen dem Gasdurchlass und dem Gasraum angeordnet ist.The task is accomplished with the generic measuring device solved according to the invention by a heat and corrosion resistant membrane assembly that between the gas passage and the gas space is arranged.

Es hat sich gezeigt, dass störende Ablagerungen in der Gasprobenentnahmevorrichtung und den Schlauchleitung auftreten und diese Ablagerungen vermieden werden müssen. Dabei hat sich herausgestellt, dass durch Verwendung einer Membrane die Ablagerungen erheblich reduziert werden konnten, die Gasproben jedoch mittels Diffusion durch die Membrane immer noch in den Gasraum gelangen.It has been shown that disturbing deposits occur in the gas sampling device and the hose line and these deposits have to be avoided. It turned out that by using a membrane the deposits are considerable could be reduced, but the gas samples by diffusion through the membrane still gets into the gas space.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Gasraum der Gasprobenentnahmevorrichtung einen Gasprobeneinlass und einen Gaspobenauslass hat, um eine durch den Gasprobenauslass entnommene Gasprobe nach der Gasprobenmessung mit den Gassensormitteln wieder durch den Gasprobeneinlass in den Gasraum zurückzuleiten. Die entnommenen Gasproben gelangen dann mittels Diffusion durch mindestens eine Membrane der Membrananordnung in den Gasraum und werden von dort über den Gasprobenauslass und Gassensormittel wieder zurück durch den Gasprobeneinlass in den Gasraum gepumpt. In der Messeinrichtung stellt sich dann nach kurzer Zeit ein Gleichgewicht mit dem Gas in der Umgebung der Gasprobenentnahmevorrichtung ein und es erfolgt nur dann ein Netto-Gasfluss der nicht kondensierbaren Komponenten durch die Membrananordnung wenn, sich die Zusammensetzung des zu messenden Gases ändert. Hierdurch kann das Auftreten von Ablagerungen weiter verringert werden.It is particularly advantageous if the gas space of the gas sampling device has a gas sample inlet and has a gas piston outlet to one through the gas sample outlet taken gas sample after the gas sample measurement with the gas sensor means to be returned to the gas space through the gas sample inlet. The gas samples taken then pass through by diffusion at least one membrane of the membrane arrangement in the gas space and from there over the Gas sample outlet and gas sensor means back through the gas sample inlet pumped into the gas space. Then adjusts itself in the measuring device equilibrium with the gas in the vicinity of the gas sampling device for a short time and only then does a non-condensable net gas flow Components through the membrane arrangement if, the composition of the gas to be measured changes. This can further reduce the occurrence of deposits.

Die mindestens eine Gasprobenentnahmevorrichtung ist vorzugsweise mit jeweils einer Schlauchleitung an zugeordnete Gassensormittel angeschlossen. Dabei sollte die Schlauchleitung im Bereich der Gasprobenentnahmevorrichtung ebenso wie das Gehäuse und die Membrananordnung hitze- und korrosionsresistent sein. Vorzugsweise besteht das Gehäuse, die Membrananordnung und/oder die Schlauchleitung aus Teflon.The at least one gas sampling device is preferably assigned to each with a hose line Gas sensor means connected. The hose line should in the area of the gas sampling device as well as the housing and the membrane arrangement must be heat and corrosion resistant. Preferably there is the housing, the membrane arrangement and / or the hose line made of Teflon.

Es ist vorteilhaft, wenn die Schlauchleitung mit einer Spüleinrichtung verbunden ist, um die Schlauchleitung in Intervallen mit einem Spülmittel zu durchspülen, das mit Hilfe einer Spülmittelpumpe durch die Schlauchleitung gepumpt wird. Zur Spülung des Gasdurchlasses und der Membranordnung ist die Spüleinrichtung vorzugsweise mit der Gasprobenentnahmevorrichtung kommunizierend verbunden. Auf diese Weise können Ablagerungen in der Messeinrichtung regelmäßig auch ferngesteuert beseitigt werden.It is advantageous if the hose line with a flushing device is connected to the hose line at intervals with a detergent to rinse with the help of a detergent pump the hose line is pumped. For flushing the gas passage and the membrane arrangement is the flushing device preferably communicating with the gas sampling device connected. That way you can Deposits in the measuring device are also regularly remotely removed become.

In die Schlauchleitung kann in bekannter Weise mindestens ein Extraktionsmittel, beispielsweise eine Wasserfalle, geschaltet sein, um den Wasserdampfgehalt in der entnommenen Gasprobe zu reduzieren.In the hose line can in a known manner at least one extractant, for example a water trap, be switched to the water vapor content in the gas sample taken to reduce.

Die Gassensormittel sind vorzugsweise Gassensoren zur Detektion des Kohlendioxidgehalts, des Radongehalts, des Schefeldioxidgehalts, der Gastemperatur und/oder des Gasdrucks.The gas sensor means are preferred Gas sensors for the detection of the carbon dioxide content, the radon content, the sulfur dioxide content, the gas temperature and / or the gas pressure.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung Positionsbestimmungsmittel, insbesondere satellitengestützte Ortungsmittel, zur Erfassung der Ortsposition der Messeinrichtung hat. Die Positionsbestimmungsmittel, beispielsweise Global-Positioning-Systeme (GPS), werden hierbei an den Gasprobenentnahmestellen oder im Bereich der Gassensormittel aufgestellt und können elektrisch in das System der Messeinrichtung integriert sein.It is also advantageous if the measuring device position determining means, in particular satellite-based positioning means, for detecting the location of the measuring device. The positioning means, for example global positioning systems (GPS), are at the gas sampling points or in the area the gas sensor means are set up and can be electrically in the system be integrated into the measuring device.

Weiterhin sind vorzugsweise Funkübertragungsmittel zur Übertragung der gemessenen Daten für die entnommenen Gasproben an eine zentrale Messdatenauswertereinheit und zur Übertragung von Steuerungsdaten von der zentralen Datenauswertereinheit an die Messvorrichtung vorgesehen. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Fernüberwachung möglich.Furthermore, radio transmission means are preferred for transmission of the measured data for the gas samples taken to a central measurement data evaluation unit and for the transmission of Control data from the central data evaluation unit to the measuring device intended. This is a continuous remote monitoring possible.

Die Messeinrichtung hat weiterhin vorzugsweise mehrere über eine Feldbusleitung miteinander verbundene Steuerungseinheiten, an die jeweils die Gassensormittel für eine zugeordnete Gasprobenentnahmevorrichtung geschaltet sind. Für jede Gasprobenentnahmevorrichtung und zugeordnete Messstelle können somit auf einfache Weise die zugeordneten Gassensormittel an eine gemeinsame Steuerungseinheit geklemmt werden, ohne dass eine aufwendige Verdrahtung und ein Öffnen der Gehäuse der verwendeten Messmittel, insbesondere der Gassensormittel, erforderlich wird.The measuring device still has preferably several over a fieldbus line interconnected control units, to each of the gas sensor means for an associated gas sampling device are switched. For every gas sampling device and assigned measuring point can thus in a simple manner the associated gas sensor means to a common one Control unit can be clamped without complex wiring and an opening the housing of the used measuring means, in particular the gas sensor means required becomes.

Die Funkübertragungsmittel werden vorzugsweise ebenfalls an die Feldbusleitung geklemmt. Zudem können die Steuerungseinheiten jeweils mit autarken Energieversor gungsmitteln, insbesondere Solarzellenversorgungen gespeist sein. Zudem ist es vorteilhaft, wenn Analog-/Digital-Wandler zwischen die Gassensormittel und die Steuerungseinheiten geklemmt sind. Mit Hilfe der Steuerungseinheiten wird somit ein variabel verschaltbares Überwachungssystem realisiert.The radio transmission means are preferred also connected to the fieldbus cable. In addition, the Control units each with self-sufficient energy supply means, especially solar cell supplies. It is also advantageous if analog / digital converter between the gas sensor means and the control units are clamped. With the help of the control units a variably interconnectable monitoring system is thus implemented.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below the attached Drawings closer explained. Show it:

1 Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Gasprobenentnahmevorrichtung mit Membran; 1 Cross-sectional view of a gas sampling device according to the invention with a membrane;

2 Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasprobenentnahmevorrichtung mit Doppelmembran; 2 Cross-sectional view of a second embodiment of a gas sampling device according to the invention with double membrane;

3 Draufsicht auf die Gasprobenentnahmevorrichtung nach 2 3 Top view of the gas sampling device according to 2

4 Messeinrichtung mit Gasprobenentnahmevorrichtung, Extraktionsmitteln und Gassensormitteln sowie einer Spüleinrichtung; 4 Measuring device with gas sampling device, extraction means and gas sensor means and a purging device;

5 Messeinrichtung mit einer Gasprobenentnahmevorrichtung und Schlauchleitungen zur Hin- und Rückführung der entnommenen Gasproben; 5 Measuring device with a gas sampling device and hose lines for the return and return of the gas samples taken;

6 Blockdiagramm eines Messsystems mit über einen Feldbus zusammengeschalteten Messeinrichtungen für mehrere Messstellen. 6 Block diagram of a measuring system with measuring devices interconnected via a fieldbus for several measuring points.

Die 1 lässt eine Gasprobenentnahmevorrichtung 1 zur Entnahme von Gasproben G im Querschnitt erkennen. Die Gasprobenentnahmevorrichtung 1 hat ein hitze- und korrosionsresistentes Gehäuse 2 vorzugsweise aus Teflon, dass mit einer Halterung 3 an einen Haltestab montiert und an eine Gasprobenentnahmestelle positioniert werden kann.The 1 leaves a gas sampling device 1 Detect G in cross-section for taking gas samples. The gas sampling device 1 has a heat and corrosion resistant housing 2 preferably made of teflon that with a bracket 3 can be mounted on a holding rod and positioned at a gas sampling point.

Die Gasprobe G wird durch eine gasdurchlässige Halte- und Schutzplatte 4, die einen Gasdurchlass bildet, in einen Gasraum 5 geleitet. Zwischen der Halte- und Schutzplatte 4 und dem Gasraum 5 ist eine dampfdurchlässige Membran 6 sowie eine Siebplatte 7 zur Aussonderung von Feinbestandteilen des Dampfstroms angeordnet. Der Gasraum 5 ist mit einem Gasprobenauslass 8 gekoppelt, an den eine Schlauchleitung zum Ableiten der entnommenen Gasproben G zu Gassensormitteln geklemmt werden kann.The gas sample G is through a gas-permeable holding and protective plate 4 , which forms a gas passage, into a gas space 5 directed. Between the holding and protective plate 4 and the gas room 5 is a vapor permeable membrane 6 as well as a sieve plate 7 arranged for the separation of fine components of the steam flow. The gas room 5 is with a gas sample outlet 8th coupled to which a hose line for discharging the gas samples G to gas sensor means can be clamped.

Durch die vorzugsweise aus Teflon bestehende Membran werden insbesondere Schwefelablagerungen in den Gasproben G von dem Gasraum 5, den daran angeschlossen Schlauchleitungen und den Gassensormitteln ferngehalten.The membrane, which is preferably made of Teflon, in particular removes sulfur deposits in the gas samples G from the gas space 5 , keep the hose lines connected to it and the gas sensor means away.

Die 2 lässt eine andere Ausführungsform einer Gasprobenentnahmevorrichtung 1 mit einem zylinderförmigen Gehäuse 2 erkennen. Die Membrananordnung ist als sogenannte Doppelmembran mit jeweils einer Membran 6a, 6b rechts und links von dem Gasraum 5 ausgeführt.The 2 leaves another embodiment of a gas sampling device 1 with a cylindrical housing 2 detect. The membrane arrangement is a so-called double membrane, each with a membrane 6a . 6b right and left of the gas room 5 executed.

Das Gas strömt durch Gasdurchlässe 9 in den äußeren zylirderförmigen Raum 10 des Gehäuses 2 hinein, der den inneren Gasraum 5 umgibt.The gas flows through gas passages 9 in the outer cylindrical space 10 of the housing 2 into the inner gas space 5 surrounds.

In den inneren Gasraum 5 ist mindestens eine Schlauchleitung 11 geführt, die mit den Gassensormitteln kommuniziert.In the inner gas room 5 is at least one hose line 11 led, which communicates with the gas sensor means.

Die 3 lässt die Gasprobenentnahmevorrichtung 1 aus der 2 in der Draufsicht erkennen. Mit dem inneren Gasraum 5 ist eine erste Schlauchleitung 11 zum Ableiten der Gasproben G sowie eine weitere Schlauchleitung 12 zum Rückführen der entnommenen Gasproben G in den inneren Gasraum 5 vorgesehen.The 3 leaves the gas sampling device 1 from the 2 recognize in the top view. With the inner gas space 5 is a first hose line 11 for deriving gas samples G and another hose line 12 for returning the gas samples G taken to the inner gas space 5 intended.

Die Gasprobenentnahmevorrichtung 1 kann somit als geschlossenes System in eine Messeinrichtung integriert werden, wobei sich ein Gleichgewicht zwischen der Gasprobe G im Inneren der Messeinrichtung zu dem Gas in der Umgebung der Gasprobenentnahmevorrichtung 1 einstellt.The gas sampling device 1 can thus be integrated as a closed system in a measuring device, with a balance between the gas sample G inside the measuring device and the gas in the vicinity of the gas sampling device 1 established.

Die Integration der oben beschriebenen Gasprobenentnahmevorrichtungen in eine Messeinrichtung wird aus der 4 deutlicher, die eine Messeinrichtung als Blockdiagramm zeigt. Die Gasprobenentnahmevorrichtung 1 ist eine Fumarole eines Vulkans und wird dort mit einer Haltestange 13 gehalten. An die Gasprobenentnahmevorrichtung 1 ist eine Schlauchleitung 11 gekoppelt, um die entnommenen Gasproben G über Extraktionsmittel 14a, 14b, 14c zu Gassensormitteln 15a, 15b zu leiten. Die Extraktionsmittel 14a, 14b, 14c sind Wasserfallen mit denen der Wasserdampfgehalt der entnommenen Gasproben G reduziert wird. Hierzu ist ein Schlauchabschnitt der Schlauchleitung 11 senkrecht angeordnet und das untere Ende in ein Wasserbehälter zur Verhinderung eines Gasaustritts getaucht. Durch Kondensation der entnommen Gasprobe G fließt Kondenswasser in den Wasserbehälter.The integration of the gas sampling devices described above into a measuring device is based on the 4 more clearly, which shows a measuring device as a block diagram. The gas sampling device 1 is a fumarole of a volcano and is there with a handrail 13 held. To the gas sampling device 1 is a hose line 11 coupled to the extracted gas samples G via extractant 14a . 14b . 14c to gas sensor agents 15a . 15b to lead. The extractants 14a . 14b . 14c are water traps with which the water vapor content of the gas samples G is reduced. For this there is a hose section of the hose line 11 arranged vertically and the lower end immersed in a water container to prevent gas leakage. By condensing the gas sample G taken, condensed water flows into the water tank.

Als Gassensormittel 15 können bekannte Gaschromatographen, Massenspektrometer, Radon-Sensoren oder sonstige Sensoren für bestimmte Gaskomponenten und/oder Multisensoren zur Erfassung der Konzentration verschiedener Bestandteile der Gasprobe G eingesetzt werden.As a gas sensor 15 Known gas chromatographs, mass spectrometers, radon sensors or other sensors for certain gas components and / or multisensors can be used to detect the concentration of various components of the gas sample G.

Weiterhin ist ein korrosions- und hitzeresistentes Thermometer 16, vorzugsweise ein Thermoelement, zur Ermittlung der Gastemperaturen sowie eine Druckmessanordnung 17 zur Ermittlung des Gasdrucks P in die Fumarole eingebracht.There is also a corrosion and heat resistant thermometer 16 , preferably a thermocouple, for determining the gas temperatures and a pressure measuring arrangement 17 introduced into the fumarole to determine the gas pressure P.

Erfindungsgemäß ist eine Spüleinrichtung 18 vorgesehen, die an die Gasprobenentnahmevorrichtung 1 bzw. die Schlauchleitung 11 mit einer Spülleitung 19 angeschlossen ist. Die Spüleinrichtung 18 hat eine Pumpen-/Ventilanordnung 20 um Spülmittel 21 aus einem Spülmittelbehälter 22 durch die Gasprobenentnahmevorrichtung 1 und die Schlauchleitung 11 zu pumpen. Auf diese Weise können Ablagerungen durch Spülungen in Spülintervallen beseitigt werden.According to the invention is a flushing device 18 provided to the gas sampling device 1 or the hose line 11 with a flushing line 19 connected. The flushing device 18 has a pump / valve arrangement 20 about detergent 21 from a detergent dispenser 22 through the gas sampling device 1 and the hose line 11 to pump. In this way, deposits can be removed by rinsing at rinsing intervals.

Die 5 lässt eine andere Ausführungsform der Messeinrichtung als Blockdiagramm erkennen. Hierbei hat die Gasprobenentnahmevorrichtung 1 einen Gasprobeneinlass und einen Gasprobenauslass entsprechend der in der 3 dargestellten Ausführungsform, wobei eine erste Schlauchleitung 11 zum Ableiten einer Gasprobe G über Extraktionsmittel 14 zu den Gassensoren 15a, 15b an einen Gasprobenauslass 8 geklemmt ist. Die mit den Gassensoren 15 analysierte Gasprobe G wird mit Hilfe einer Gaspumpe 23 über eine weitere Schlauchleitung 12 durch den Gasprobeneinlass der Gasprobenentnahmevorrichtung 1 in den inneren Gasraum 5 zurückgeleitet.The 5 shows another embodiment of the measuring device as a block diagram. Here, the gas sampling device 1 a gas sample inlet and a gas sample outlet corresponding to that in the 3 illustrated embodiment, wherein a first hose line 11 for deriving a gas sample G via extractant 14 to the gas sensors 15a . 15b to a gas sample outlet 8th is clamped. The one with the gas sensors 15 analyzed gas sample G is using a gas pump 23 via another hose line 12 through the gas sampling inlet of the gas sampling device 1 in the inner gas space 5 returned.

Die aus der Fumarole entnommene Gasprobe G gelangt mittels Diffusion durch die Membrane 6 in den inneren Gasraum 5 der Gasprobenentnahmevorrichtung 1. Durch das geschlossene System stellt sich in der Messeinrichtung nach einer kurzen Zeit ein Gleichgewicht der in den Schlauchleitungen 11 und 12 befindlichen Gasprobe G mit dem Gas in der Umgebung der Gasprobenentnahmevorrichtung 1 ein, das heißt mit den Fumarolengasen. Dadurch erfolgt nur dann ein Netto-Gasfluss der nicht kondensierbaren Komponenten durch die Membranen 6, wenn sich die Zusammensetzung des zu analysierenden Gases ändert. Dadurch ist die Messeinrichtung erheblich weniger den aggressiven Einflüssen des zu messenden Gases ausgesetzt und schädliche Ablagerungen werden reduziert.The gas sample G taken from the fumarole passes through the membrane by diffusion 6 in the inner gas space 5 the gas sampling device 1 , Thanks to the closed system, the measuring equipment is balanced in the hose lines after a short time 11 and 12 located gas sample G with the gas in the vicinity of the gas sampling device 1 one, that is with the fumarole gases. As a result, there is only a net gas flow of the non-condensable components through the membranes 6 when the composition of the gas to be analyzed changes. As a result, the measuring device is considerably less exposed to the aggressive influences of the gas to be measured and harmful deposits are reduced.

Die 6 lässt ein System mit einer Vielzahl von Gasprobenentnahmevorrichtungen 1a, 1b, 1c erkennen, die jeweils in der oben beschriebenen Weise über Schlauchleitungen an Gassensormitteln 15 geklemmt sind.The 6 leaves a system with a variety of gas sampling devices 1a . 1b . 1c recognize, each in the manner described above via hose lines on gas sensor means 15 are clamped.

Die Gassensormittel 15 sind wiederum mit Analog-Digital-Wandlern 24 verbunden, die jeweils an eine Steuerungseinrichtung 25 geklemmt sind. Weiterhin ist ein Taktgeber 26 zur Zählung der Messrate vorgesehen und mit den Gassensormitteln 15 und den Steuerungseinheiten 25 verbunden.The gas sensor means 15 are in turn with analog-digital converters 24 connected, each to a control device 25 are clamped. There is also a clock 26 provided for counting the measuring rate and with the gas sensor means 15 and the control units 25 connected.

Die Energieversorgung erfolgt mit einer autarken Energieversorgungseinheit 27 mit Solarpaneels 28 und Speicherbatterien 29. Alternativ kann auch eine Energieversor gung durch Ausnutzung des Gasdrucks oder der Wärmeenergie an der Messstelle erfolgen.The energy supply takes place with an autonomous energy supply unit 27 with solar panels 28 and storage batteries 29 , Alternatively, an energy supply can also take place by utilizing the gas pressure or the thermal energy at the measuring point.

Die Steuerungsmittel sind mit Funkübertragungsmitteln 30 verbunden, um die Messdaten telemetrisch an eine entfernte Auswerteeinheit zu übertragen. Zu dem sind die Steuerungseinheiten 25 derart ausgebildet, dass eine Fernsteuerung der Messeinrichtung von einer externen Auswerteeinheit über die Funkübertragungsmittel 30 ermöglicht wird.The control means are with radio transmission means 30 connected in order to telemetrically transmit the measurement data to a remote evaluation unit. To that are the control units 25 formed such that remote control of the measuring device is made possible by an external evaluation unit via the radio transmission means 30.

Die Steuerungseinheiten 25 sind über einen digitalen Feldlbus 31 miteinander gekoppelt. Die einzelnen Komponenten der Messeinrichtung sind hierbei so ausgebildet, dass diese mit robusten Stecksystemen einfach elektrisch zusammengeschaltet werden können. Der Feldbus 31 hat den Vorteil, dass Erweiterungen und Ergänzungen der Messeinrichtung ohne Eingriffe in die bereits bestehenden Komponenten erfolgen kann.The control units 25 are via a digital fieldbus 31 coupled with each other. The individual components of the measuring device are designed in such a way that they can be easily electrically connected using robust plug-in systems. The fieldbus 31 has the advantage that extensions and additions to the measuring device can be made without interfering with the already existing components.

Die Temperaturmessung erfolgt vorzugsweise mit einem Thermoelement, dass in einen Teflonschlauch eingebettet und somit gegenüber Korrosion geschützt ist. Die Druckmessung erfolgt mit einem Drucksensor, der an einem vom heißen Bereich der Fumarole entfernten Ende eines Teflonschlauchs angeordnet ist. Das andere offene Ende des Teflonschlauchs ist gegen die Richtung des ausströmenden Gases gerichtet.The temperature measurement is preferably carried out with a thermocouple that is embedded in a Teflon tube and thus opposite Corrosion protected is. The pressure measurement is carried out with a pressure sensor on a from hot Area of the fumarole located at the distal end of a Teflon tube is. The other open end of the Teflon tube is against the direction of the escaping Gases directed.

Die Messeinrichtung ist vorzugsweise zur Messung von Fumarolengasen von Vulkanen geeignet, kann aber auch zur Messung von Gasen in anderen Umgebungen, wie zum Beispiel zur Überwachung von Bodengasen oder Gasen in der Atmosphäre eingesetzt werden.The measuring device is preferred suitable for measuring fumarole gases from volcanoes, but can also for measuring gases in other environments, such as for surveillance of ground gases or gases in the atmosphere.

Die Messeinrichtung hat weiterhin vorzugsweise Positionsbestimmungsmittel, insbesondere satellitengestützte Ortungsmittel nach dem Global-Positioning-System GPS, so dass die gemessenen Parameter der entnommenen Gasprobe G in einer zentralen Auswerteeinheit einer Ortsposition zugeordnet werden kann. Für eine bewegliche Messeinrichtung kann damit auf einfache Weise eine Kartierung der Messdaten und eine Erstellung von Isolinien-Karten erfolgen.The measuring device still has preferably position determining means, in particular satellite-based positioning means according to the global positioning system GPS, so that the measured parameters the gas sample G taken in a central evaluation unit Location position can be assigned. For a mobile measuring device thus a simple mapping of the measurement data and a Contour maps are created.

Claims (14)

Messeinrichtung mit mindestens einer an Gassensormittel (15) anschließbaren Gasprobenentnahmevorrichtung (1), die ein hitze- und korrosionsresistentes Gehäuse (2), einen Gasdurchlass in dem Gehäuse (2) und einen mit den Gassensormitteln (15) kommunizierenden Gasraum (5) hat, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gasdurchlass und dem Gasraum (5) eine hitze- und korrosionsresistente Membrananordnung ist.Measuring device with at least one gas sensor means ( 15 ) connectable gas sampling device ( 1 ), which is a heat and corrosion resistant housing ( 2 ), a gas passage in the housing ( 2 ) and one with the gas sensor means ( 15 ) communicating gas room ( 5 ), characterized in that between the gas passage and the gas space ( 5 ) is a heat and corrosion resistant membrane assembly. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (5) der Gasprobenentnahmevorrichtung (1) einen Gasprobeneinlass und einen Gasprobenauslass (8) hat, um die über Gasprobenauslass (8) entnommene Gasprobe (G) nach der Gasprobenmessung mit den Gassensormitteln (15) wieder über dem Gasprobeneinlass in Gasraum (5) zurückzuleiten.Measuring device according to claim 1, characterized in that the gas space ( 5 ) of the gas sampling device ( 1 ) a gas sample inlet and a gas sample outlet ( 8th ) has the gas sample outlet ( 8th ) taken gas sample (G) after the gas sample measurement with the gas sensor means ( 15 ) again above the gas sample inlet in the gas space ( 5 ) to return. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gasprobenentnahmevorrichtung (1) jeweils mit einer Schlauchleitung (11/12) an zugeordnete Gassensormittel (15) angeschlossen und die Schlauchleitung (11/12) im Bereich der Gasprobenentnahmevorrichtung (1) hitze- und korrosionsresistent ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one gas sampling device ( 1 ) each with a hose line ( 11 / 12 ) to assigned gas sensor means ( 15 ) connected and the hose line ( 11 / 12 ) in the area of the gas sampling device ( 1 ) is heat and corrosion resistant. Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlauchleitung (11/12) mit einer Spüleinrichtung (181 verbunden ist, wobei die Spüleinrichtung (18) eine Spülmittelpumpe zum Durchspülen der Schlauchleitung (11/12) mit einem Spülmittel hat.Measuring device according to claim 2, characterized marked that the hose line ( 11 / 12 ) with a flushing device ( 181 is connected, the flushing device ( 18 ) a detergent pump for flushing the hose line ( 11 / 12 ) with a detergent. Messeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüleinrichtung zur Spülung des Gasdurchlasses und der Membrananordnung mit der Gasprobenentnahmevorrichtung (1) kommunizierend verbunden ist.Measuring device according to claim 3, characterized in that the flushing device for flushing the gas passage and the membrane arrangement with the gas sampling device ( 1 ) is communicatively connected. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2), die Schlauchleitungen (11/12) mindestens im Bereich der Gasprobenentnahmevorrichtung (1) und/oder die Membrananordnung Teflon aufweisen.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 2 ), the hose lines ( 11 / 12 ) at least in the area of the gas sampling device ( 1 ) and / or have the membrane arrangement Teflon. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schlauchleitung (11) zur Leitung der entnommenen Gasproben (G) zu den Gassensormitteln (15) Extraktionsmittel zur Reduzierung des Wasserdampfgehaltes der entnommenen Gasproben (G) geschaltet sind.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that in the hose line ( 11 ) for directing the gas samples taken (G) to the gas sensor means ( 15 ) Extractors to reduce the water vapor content of the gas samples taken (G) are switched. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassensormittel (15) Gassensoren zur Detektion des Kohlendioxidgehalts, des Radongehalts, des Schwefeldioxidgehalts, der Gastemperatur und/oder des Gasdrucks haben.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas sensor means ( 15 ) Have gas sensors for detecting the carbon dioxide content, the radon content, the sulfur dioxide content, the gas temperature and / or the gas pressure. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Positionsbestimmungsmittel, insbesondere satellitengestützte Ortungsmittel, zur Erfassung der Ortsposition der Messeinrichtung.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by position determining means, in particular satellite-based positioning means, to record the location of the measuring device. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Funkübertragungsmittel (30) zur Übertragung der gemessenen Daten für die entnommenen Gasproben (G) an eine zentrale Messdatenauswerteeinheit und zur Übertragung von Steuerungsdaten von der zentralen Messdatenauswerteeinheit an die Messeinrichtung.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by radio transmission means ( 30 ) for the transmission of the measured data for the gas samples taken (G) to a central measurement data evaluation unit and for the transmission of control data from the central measurement data evaluation unit to the measuring device. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere über einen Feldbus (31) miteinander verbundenen Steuerungseinheiten (25), wobei an eine Steuerungseinheit (25) jeweils die Gassensormittel (15) für eine zugeordnete Gasprobenentnahmevorrichtung (1) geschaltet sind.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by several via a fieldbus ( 31 ) interconnected control units ( 25 ), to a control unit ( 25 ) each the gas sensor means ( 15 ) for an associated gas sampling device ( 1 ) are switched. Messeinrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkübertragungsmittel (30) an den Feldbus (31) geklemmt sind.Measuring device according to claim 10 and 11, characterized in that the radio transmission means ( 30 ) to the fieldbus ( 31 ) are clamped. Messeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Analog-/Digital-Wandler (24) zwischen die Gassensormittel (15) und die Steuerungseinheiten (25) geklemmt sind.Measuring device according to claim 11 or 12, characterized in that analog / digital converter ( 24 ) between the gas sensor means ( 15 ) and the control units ( 25 ) are clamped. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheiten (25) jeweils von autarken Energieversorgungseinheiten (27), insbesondere Solarzellenversorgungen, gespeist sind.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the control units ( 25 ) each from self-sufficient energy supply units ( 27 ), especially solar cell supplies.
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